國產(chǎn)干式TRT在5000 m3高爐上的應用

錢衛(wèi)強，蘇 威，馬作仿，韋幫遠

（1.中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司，重慶 401122；2.寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東湛江 524072）

前言

高爐煤氣頂壓回收透平發(fā)電裝置（Blast Furnace Top Gas Pressure Recovery Turbine，簡稱TRT）是利用高爐爐頂煤氣壓力能和氣體顯熱，把煤氣導入膨脹透平機對外做功，通過透平機將高爐煤氣壓力能和部分熱能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的能量回收裝置，是國家政策要求大力推廣的環(huán)保型高效節(jié)能裝置，具有良好的經(jīng)濟效益與社會效益。

目前全球運行的5000 m3級特大高爐配套TRT共有約20多套，主要從日本三井、川崎重工等引進。本工程國內(nèi)兩座5000 m3級特大高爐配套的干式TRT機組由陜鼓供貨，通過多方聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，自主開發(fā)的首套5000 m3級特大高爐國產(chǎn)化干式TRT設(shè)備，采用了多項新技術(shù)，大大提升了特大型高爐配套國產(chǎn)干式TRT設(shè)備的技術(shù)水平。

1 工程概述

1.1 流程簡述

TRT運行時，通過布袋除塵后的凈煤氣依次流經(jīng)TRT入口蝶閥、入口插板閥和快速切斷閥，進入透平機膨脹做功后，從透平機出來，并流經(jīng)出口水封蝶閥后，通過管道外送。TRT裝置并聯(lián)有減壓閥組，當TRT不運行時，煤氣流經(jīng)減壓閥組后通過管道外送。TRT系統(tǒng)流程簡圖見圖1。

1.2 設(shè)計參數(shù)

TRT系統(tǒng)工況點主要設(shè)計參數(shù)如下。

高爐煤氣量： 695,600 m3/h（正常）；

透平入口壓力：0.29 MPa;

透平入口溫度：130℃;

透平出口壓力：～13 kPa;

透平效率：86.5%。

1.3 主要設(shè)備規(guī)格

（1）透平主機為干式軸流二級反動式膨脹透平，全靜葉伺服調(diào)節(jié)（一級和二級靜葉均可調(diào)，一級靜葉可全關(guān)閉）；結(jié)構(gòu)形式為徑向進氣、徑向排氣（下進下出），鑄造機殼，水平剖分。

（2）發(fā)電機為無刷勵磁三相交流同步發(fā)電機，額定功率33000 kW，額定電壓10.5 kV，冷卻方式為上水冷式空—水密閉循環(huán)冷卻。可實現(xiàn)自動恒電壓、恒無功和恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)。

圖1 TRT系統(tǒng)流程簡圖

2 技術(shù)提升及新技術(shù)應用

為提升國產(chǎn)干式TRT技術(shù)及在5000 m3級特大高爐上的運用，本工程通過各方聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，形成了多項新技術(shù)，解決了近年來干式TRT存在的主要問題和難點，進一步提升了國產(chǎn)干式TRT技術(shù)水平。主要技術(shù)提升及新技術(shù)如下。

2.1 氣動優(yōu)化

采用優(yōu)化后的新葉形，優(yōu)化承鋼及主軸局部結(jié)構(gòu)，減少流動損失和泄漏損失，提高效率；優(yōu)化級間距，提高氣流均勻性，增強動葉運行可靠性；優(yōu)化靜葉調(diào)節(jié)比例和靜葉開度，提高了TRT變工況性能和效率。

從供貨商對投產(chǎn)后實際運行工況下透平效率統(tǒng)計（圖2）來看，TRT在較寬的工況范圍內(nèi)都具有較高的效率（設(shè)計工況點附近86.5%以上，偏離設(shè)計點的變工況效率亦在84%以上）。

圖2 現(xiàn)場各運行工況透平效率統(tǒng)計

2.2 主機防腐技術(shù)

隨著高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)的普及，在帶來巨大經(jīng)濟效益的同時，煤氣中氯及酸性成分的腐蝕問題也隨之而來，透平葉片積鹽、腐蝕斷裂等問題頻出[1]，已成為制約干式TRT在特大型高爐上應用的重要因素。

本工程通過多方聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)了多項主機防腐技術(shù)，并在工程上運用。

（1）開發(fā)新型緩蝕阻垢劑

通過對6種合成藥垢劑的試驗，開發(fā)出新型緩蝕阻垢劑，從實驗數(shù)據(jù)看，其緩釋率可由傳統(tǒng)的70%提高到81%，腐蝕速率可降至0.26 mm/a。

（2）機殼及排氣室等防腐

透平機殼、排氣室等防腐材料采用樂泰耐蝕涂層，并優(yōu)化耐蝕膠的實施工藝，提高了耐蝕涂層與基體結(jié)合性，延長涂層使用壽命。

（3）葉片防腐

在實驗室通過對比熱噴涂工藝（多種）、電鍍、PVD、真空釬涂等各種表面涂層處理工藝的耐鹽霧腐蝕實驗和耐沖刷實驗，并經(jīng)實地104天的掛片實驗驗證，本項目動、靜葉選用效果最佳的復合陶瓷涂層納米等離子熱噴涂工藝技術(shù)，能夠在提高葉片抗沖刷性的基礎(chǔ)上，提高耐氯離子腐蝕能力。

從投產(chǎn)近2年后的現(xiàn)場年修開蓋情況來看，葉片未見明顯點蝕（圖3），葉片耐腐蝕和耐沖蝕效果較好。

圖3 透平開蓋葉片情況

2.3 管道防腐

針對高爐煤氣干法除塵后氯及酸性成分低溫冷凝析出腐蝕管道的問題，TRT系統(tǒng)進出口煤氣管道采取內(nèi)壁噴涂新型玻璃鱗片重防腐漆的方法。對于腐蝕重災區(qū)的透平出口管道和設(shè)備，首次采用雙相不銹鋼2205代替?zhèn)鹘y(tǒng)的碳鋼或復合鋼板，取得了很好的防腐效果。

雙相不銹鋼2205是近年來發(fā)展的新型材料，其固溶組織中含有鐵素體與奧氏體兩相，兼具鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼兩者的優(yōu)勢，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，良好的機械性能（屈服強度高，塑韌性好）及焊接性能，且造價適中。

2.4 系統(tǒng)布置

本工程TRT采用露天敞開布置，利于空氣流通，可大大提高煤氣區(qū)域運行的安全性。透平和發(fā)電機主機設(shè)有隔聲罩，滿足對設(shè)備噪聲的環(huán)保要求。取消傳統(tǒng)TRT系統(tǒng)配置的旁通閥，其TRT緊急切斷時的快開功能由并聯(lián)的減壓閥組中兩個快開閥實現(xiàn)。露天布置和取消旁通閥，既能降低投資，又能使TRT系統(tǒng)布置緊湊，減少總圖占地，降低管路阻損和溫降，提高發(fā)電量。

2.5 自動控制技術(shù)

（1）頂壓控制

高爐頂壓控制由TRT和減壓閥組實現(xiàn)。TRT正常運行時，由TRT靜葉單獨控制頂壓。TRT未建成投運或長期停機時，由減壓閥組通過DN600自動調(diào)節(jié)閥和DN1000量程閥的有級調(diào)節(jié)來單獨控制頂壓。TRT正常啟、停機及緊急停機時，由TRT和減壓閥組協(xié)同控制頂壓。頂壓控制技術(shù)能確保高爐頂壓的穩(wěn)定和TRT機組的平穩(wěn)運行，頂壓波動范圍在±3 kPa內(nèi)，TRT機組重故障緊急停機時高爐頂壓波動范圍在±5 kPa內(nèi)。

（2）一鍵啟動

本工程TRT可一鍵啟動，即將啟動聯(lián)鎖、自動升轉(zhuǎn)速、自動并網(wǎng)、自動升功率、自動調(diào)節(jié)頂壓五個控制階段全部自動轉(zhuǎn)換和實現(xiàn)；高壓電氣勵磁系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)全部由PLC實現(xiàn)控制。

（3）遠程控制

TRT機組完全實現(xiàn)遠程控制功能，正常工作時由高爐中控室遠程控制監(jiān)視。現(xiàn)場控制室設(shè)置一臺工程師站，僅在現(xiàn)場調(diào)試和機組檢修時操作，正常工作時無人值守。

3 運行效果

從投產(chǎn)后運行2年多的實效來看，TRT系統(tǒng)運行穩(wěn)定，頂壓控制平穩(wěn)且精度較高，自動化程度高。透平效率約87%，平均噸鐵發(fā)電量可達47 kWh/tp，基本與國際水平相當。

4 結(jié)語

本工程國產(chǎn)干式TRT設(shè)備是在5000 m3級特大高爐上的首次運用，開發(fā)采用了多項新技術(shù)，尤其是在提高設(shè)備發(fā)電效率和解決干式TRT系統(tǒng)的腐蝕問題上成效顯著。國產(chǎn)干式TRT設(shè)備首次在5000 m3級特大高爐上的成功實施，提升了國產(chǎn)干式TRT設(shè)備的裝備和技術(shù)水平，填補了國產(chǎn)干式TRT在該領(lǐng)域的空白；對進一步推廣應用于新、改、擴建的5000 m3級特大高爐項目，具有重要意義。

[1]董曉春.TRT葉片腐蝕與磨損的研究[J].冶金動力，2015(1).